Bài giảng An ninh mạng - Chương 4, Phần 2: Xác thực và chữ ký số - Nguyễn Đại Thọ

 Chương 4
 XÁC THỰC & CHỮ KÝ SỐ
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 109
 Vấn đề xác thực
• Các tiêu chuẩn cần xác minh
 – Thông báo có nguồn gốc rõ ràng chính xác
 – Nội dung thông báo toàn vẹn không bị thay đổi
 – Thông báo được gửi đúng trình tự và thời điểm
• Mục đích để chống lại hình thức tấn công chủ 
 động (xuyên tạc dữ liệu và giao tác)
• Các phương pháp xác thực thông báo
 – Mã hóa thông báo
 – Sử dụng mã xác thực thông báo (MAC)
 – Sử dụng hàm băm
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 110
 Xác thực bằng cách mã hóa
• Sử dụng mã hóa đối xứng
 – Thông báo gửi từ đúng nguồn vì chỉ có người gửi đó 
 mới biết khóa bí mật dùng chung
 – Nội dung không thể bị thay đổi vì nguyên bản có cấu 
 trúc nhất định
 – Các gói tin được đánh số thứ tự và mã hóa nên 
 không thể thay đổi trình tự và thời điểm nhận được
• Sử dụng mã hóa khóa công khai
 – Không chỉ xác thực thông báo mà còn tạo chữ ký số
 – Phức tạp và mất thời gian hơn mã hóa đối xứng
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 111
 Mã xác thực thông báo (MAC)
• Khối kích thước nhỏ cố định gắn vào thông báo 
 tạo ra từ thông báo đó và khóa bí mật chung
• Bên nhận thực hiện cùng giải thuật trên thông báo 
 và khóa để so xem MAC có chính xác không
• Giải thuật tạo MAC giống như giải thuật mã hóa 
 nhưng không cần nghịch được
• Có thể nhiều thông báo cùng có chung MAC
 – Nhưng nếu biết một thông báo và MAC của nó, rất khó 
 tìm ra một thông báo khác có cùng MAC
 – Các thông báo có cùng xác suất tạo ra MAC
• Đáp ứng 3 tiêu chuẩn xác thực
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 112
 Nguồn A Đích B
 So sánh
 a) Xác thực thông báo
 So sánh
 b) Xác thực thông báo và bảo mật; MAC gắn vào nguyên bản
 So sánh
 c) Xác thực thông báo và bảo mật; MAC gắn vào bản mã
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 113
 Vì sao dùng MAC
• Nhiều trường hợp chỉ cần xác thực, không cần 
 mã hóa tốn thời gian và tài nguyên
 – Thông báo hệ thống
 – Chương trình máy tính
• Tách riêng các chức năng bảo mật và xác thực 
 sẽ khiến việc tổ chức linh hoạt hơn
 – Chẳng hạn mỗi chức năng thực hiện ở một tầng riêng
• Cần đảm bảo tính toàn vẹn của thông báo trong 
 suốt thời gian tồn tại không chỉ khi lưu chuyển
 – Vì thông báo có thể bị thay đổi sau khi giải mã
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 114
 MAC dựa trên DES (DAC)
 Mã hóa Mã hóa Mã hóa Mã hóa
 (16 - 64 bits)
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 115
 Hàm băm
• Tạo ra một giá trị băm có kích thước cố định từ 
 thông báo đầu vào (không dùng khóa)
 h = H(M)
• Hàm băm không cần giữ bí mật
• Giá trị băm gắn kèm với thông báo dùng để 
 kiểm tra tính toàn vẹn của thông báo
• Bất kỳ sự thay đổi M nào dù nhỏ cũng tạo ra một 
 giá trị h khác
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 116
 Nguồn A Đích B
 So sánh
a) Xác thực thông báo và bảo mật; mã băm gắn vào nguyên bản
 So sánh
b) Xác thực thông báo; mã băm được mã hóa sử dụng phương pháp đối xứng
 So sánh
c) Xác thực thông báo; mã băm được mã hóa sử dụng phương pháp khóa công khai
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 117
 Nguồn A Đích B
 So sánh
d) Xác thực bằng mã hóa khóa công khai và bảo mật bằng mã hóa đối xứng
 So sánh
e) Xác thực không cần mã hóa nhờ hai bên chia sẻ một giá trị bí mật chung
 So sánh
f) Xác thực nhờ một giá trị bí mật chung; bảo mật bằng phương pháp đối xứng
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 118
 Yêu cầu đối với hàm băm
• Có thể áp dụng với thông báo M có độ dài bất kỳ
• Tạo ra giá trị băm h có độ dài cố định
• H(M) dễ dàng tính được với bất kỳ M nào
• Từ h rất khó tìm được M sao cho H(M) = h
 – Tính một chiều
• Từ M1 rất khó tìm được M2 sao cho H(M2) = H(M1)
 – Tính chống xung đột yếu
• Rất khó tìm được (M1, M2) sao cho H(M1) = H(M2)
 – Tính chống xung đột mạnh
 Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 119
 Các hàm băm đơn giản
 16 bit
 XOR dịch vòng trái 1 bit XOR mỗi khối 16 bit
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 120
 Kiểu tấn công ngày sinh
• Nghịch lý ngày sinh
 – Trong 23 người, xác suất tìm ra 1 người khác có cùng 
 ngày sinh với A là ≈ 6%
 – Xác suất 2 trong 23 người có cùng ngày sinh là ≈ 50%
• Cách thức tấn công mã băm m bit
 – Tạo ra 2m/2 biến thể đồng nghĩa của thông báo hợp lệ
 – Tạo ra 2m/2 biến thể của thông báo giả mạo
 – So sánh 2 tập thông báo với nhau tìm ra 1 cặp có cùng 
 mã băm (xác suất > 0,5 theo nghịch lý ngày sinh)
 – Để người gửi ký biến thể hợp lệ, rồi dùng chữ ký gắn 
 vào biến thể giả mạo
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 121
 An ninh hàm băm và MAC
 • Kiểu tấn công vét cạn
 – Với hàm băm, nỗ lực phụ thuộc độ dài m của mã băm
 • Độ phức tạp của tính một chiều và tính chống xung đột yếu 
 là 2m; của tính chống xung đột mạnh là 2m/2
 • 128 bit có thể phá được, thường dùng 160 bit
 – Với MAC, nỗ lực phụ thuộc vào độ dài k của khóa và 
 độ dài n của MAC
 • Độ phức tạp là min(2k, 2n)
 • Ít nhất phải là 128 bit
 • Kiểu thám mã
 – Hàm băm thường gồm nhiều vòng như mã hóa khối 
 nên có thể tập trung khai thác điểm yếu hàm vòng
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 122
 Chữ ký số
• Xác thực thông báo không có tác dụng khi bên 
 gửi và bên nhận muốn gây hại cho nhau
 – Bên nhận giả mạo thông báo của bên gửi
 – Bên gửi chối là đã gửi thông báo đến bên nhận
• Chữ ký số không những giúp xác thực thông báo 
 mà còn bảo vệ mỗi bên khỏi bên kia
• Chức năng chữ ký số
 – Xác minh tác giả và thời điểm ký thông báo
 – Xác thực nội dung thông báo
 – Là căn cứ để giải quyết tranh chấp
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 123
 Yêu cầu đối với chữ ký số
• Phụ thuộc vào thông báo được ký
• Có sử dụng thông tin riêng của người gửi
 – Để tránh giả mạo và chối bỏ
• Tương đối dễ tạo ra
• Tương đối dễ nhận biết và kiểm tra
• Rất khó giả mạo
 – Bằng cách tạo thông báo khác có cùng chữ ký số
 – Bằng cách tạo chữ ký số theo ý muốn cho thông báo 
• Thuận tiện trong việc lưu trữ
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 124
 Chữ ký số trực tiếp
• Chỉ liên quan đến bên gửi và bên nhận
• Với mật mã khóa công khai
 – Dùng khóa riêng ký toàn bộ thông báo hoặc giá trị băm
 – Có thể mã hóa sử dụng khóa công khai của bên nhận
 – Quan trọng là ký trước mã hóa sau
• Chỉ có tác dụng khi khóa riêng của bên gửi được 
 đảm bảo an ninh
 – Bên gửi có thể giả vờ mất khóa riêng
 • Cần bổ xung thông tin thời gian và báo mất khóa kịp thời
 – Khóa riêng có thể bị mất thật
 • Kẻ cắp có thể gửi thông báo với thông tin thời gian sai lệch
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 125
 Chữ ký số gián tiếp
• Có sự tham gia của một bên trọng tài
 – Nhận thông báo có chữ ký số từ bên gửi, kiểm tra 
 tính hợp lệ của nó
 – Bổ xung thông tin thời gian và gửi đến bên nhận
• An ninh phụ thuộc chủ yếu vào bên trọng tài
 – Cần được bên gửi và bên nhận tin tưởng
• Có thể cài đặt với mã hóa đối xứng hoặc mã 
 hóa khóa công khai
• Bên trọng tài có thể được phép nhìn thấy hoặc 
 không nội dung thông báo
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 126
Các kỹ thuật chữ ký số gián tiếp
(a) Mã hóa đối xứng, trọng tài thấy thông báo
 (1) X A : M ║ E [ID ║ H(M)]
 KXA X
 (2) A Y : E [ID ║ M ║ E [ID ║ H(M)] ║ T]
 KAY X KXA X
(b) Mã hóa đối xứng, trọng tài không thấy thông báo
 (1) X A : ID ║ E [M] ║ E [ID ║ H(E [M])]
 X KXY KXA X KXY
 (2) A Y : E [ID ║ E [M] ║ E [ID ║ H(E [M])] ║ T]
 KAY X KXY KXA X KXY
(c) Mã hóa khóa công khai, trọng tài không thấy thông báo
 (1) X A : ID ║ E [ID ║ E [E [M]]]
 X KRX X KUY KRX
 (2) A Y : E [ID ║ E [E [M]] ║ T]
 KRA X KUY KRX
Ký hiệu : X = Bên gửi M = Thông báo
 Y = Bên nhận T = Nhãn thời gian
 A = Trọng tài
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 127